[发明专利]一种可降解无毒医用聚氨酯材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明的一种可降解无毒医用聚氨酯材料及其制备方法，属于生物医用材料技术领域。

背景技术

聚氨酯(PU)是由聚醚或聚酯二元醇先与二异氰酸酯进行预聚反应，再和扩链剂反应合成的一类含有氨基甲酸酯官能团(-NHCOO-)的高分子材料。聚醚或聚酯作为软段，构成材料的连续相，赋予聚氨酯弹性。二异氰酸酯与扩链剂反应生成的链段为硬段，硬段中氨基甲酸酯官能团的存在使分子链间产生大量的氢键，故相互作用力强，导致硬段常以微晶态存在；硬段构成的晶态微区在聚合物中起到了物理交联点的作用，像填料一样增强了软段。由于软硬段之间的组成与极性不同，使其在热力学上不相容而形成微相分离结构。该微相分离结构不仅赋予了聚氨酯良好的力学性能，而且还赋予了聚氨酯良好的生物相容性和血液相容性。

聚氨酯在医学领域中的应用始于20世纪50年代。此后，由于其良好的血液相容性、生物相容性、优异的物理及机械性能，使它在人工心脏及人工心脏辅助装置、人工血管、人工关节、人工软骨、人工韧带、人工肌腱、神经导管、手术缝合线、控制释放载体等许多医学治疗领域得到了广泛的应用。尤其在人工血管研制方面，除聚氨酯具有良好的力学性能外，还在于聚氨酯材料的顺应性是最为接近天然血管组织的。而且大量临床实践也证明，聚氨酯弹性体在血液相容性、生物相容性、耐久性和顺应性等方面均优于天然橡胶、硅橡胶、聚烯烃等材料，是研制人工血管的首选材料。

传统医用聚氨酯中的软段包括聚醚或聚酯二元醇，如聚四氢呋喃(PTMG)、聚环氧丙烷(PPO)、聚(ε-己内酯)(PCL)等。而用于硬段的二异氰酸酯，包括有芳香族二异氰酸酯，如4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、2，4-甲苯二异氰酸酯(2，4-TDI)，以及脂肪族二异氰酸酯，如4，4’-二环己基甲烷二异氰酸酯(H₁₂MDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)。长期的体内外研究发现，虽然这两类聚氨酯都具有良好的生物稳定性，即在使用过程中通常难于降解，但是由于其分子结构和人体生理环境所致，它们在体内自由基和酶的作用下，仍会发生部分水解或氧化降解，尤其是硬段中的芳香族二异氰酸酯的降解产物芳香二胺通常是对人体有害的致癌物质。

鉴于聚氨酯材料的软硬段微相分离结构所带来的可调的力学性能、优良的血液相容性和生物相容性，近年来，随着组织工程与再生医学的发展，人们对可降解聚氨酯弹性体在组织工程支架制备中的应用表现出极大的兴趣。作为组织工程支架材料的聚氨酯，不仅要求其可降解，且降解速率可控，而且要求降解产物无毒，且能被人体吸收并排出体外。因此，普通聚氨酯材料不能生物降解或降解产物有毒的缺点日益引起人们的关注，而开发可生物降解无毒聚氨酯材料已成为该领域发展的一项重要标志。

目前，人们研究的可生物降解聚氨酯材料的类型很多。例如，有一类是基于天然高分子材料的聚氨酯，它们是利用天然多羟基化合物或聚合物与异氰酸酯直接反应得到，如木质素、淀粉、壳聚糖和纤维素等，这类天然高分子不仅是可再生资源、价格便宜、产量丰富，而且基于此类天然高分子的聚氨酯材料还具有良好的生物相容性和可降解性。但是，基于天然高分子的聚氨酯材料往往由于不具备足够的力学强度和加工性能而限制了其应用。

另一类可生物降解聚氨酯是以合成聚醚和聚酯二元醇为软段的聚氨酯材料。这种可降解聚氨酯材料具有优异的力学性能和可加工性，因此成为人们研究的重点。其中聚醚二元醇主要包括聚环氧乙烷(PEO)或聚乙二醇(PEG)、PTMG)、PPO等。聚醚型聚氨酯由于醚键的内聚能较低，并且醚键削弱了相邻亚甲基氢原子之间的排斥力，因此聚醚型聚氨酯具有较低的玻璃化温度、较高的耐候性、水解稳定性和耐霉菌等性能。但当此类聚氨酯在体内湿环境中使用时，由于聚醚软段易吸水，常导致其力学性能急剧下降。与聚醚二元醇相比，聚酯二元醇因含有较多的极性酯基，内聚能较大，可形成较强的分子内氢键，吸水率低，因而聚酯型聚氨酯具有更好的力学性能。此外由于这些聚酯软段中含有大量酯基，容易在生物体内发生水解和酶解。相对于聚醚型而言，聚酯型聚氨酯更容易降解，因此聚酯型聚氨酯是可降解医用聚氨酯的主要原料。常用的聚酯二元醇有PCL、聚乳酸(PLA)、聚乙交酯(PGA)等。但在使用中发现由PLA和PGA二元醇制备的聚氨酯降解过快，可通过PCL与PLA和PGA共聚的方法了延长其降解时间。Hamid等[Polym Int 2007；56：41]制备了一种以PEG和PCL为软段、HDI为硬段的聚氨酯材料，观察到随着软段中PCL含量的增加，材料的热稳定性和力学性能增加。